結(jié)合喀臘塑克水利工程實(shí)例探析大壩工程安全監(jiān)測(cè)控制

□魏 波（新疆額爾齊斯河流域開發(fā)工程建設(shè)管理局）

0 前言

水利工程的安全既關(guān)系著水利設(shè)施的效益發(fā)揮，又關(guān)系著人民的生命和財(cái)產(chǎn)安全。大壩工程也不例外，大壩的安全出現(xiàn)問題影響著水利樞紐應(yīng)有功能和效益的發(fā)揮，一旦大壩發(fā)生事故，附近的居民將會(huì)遭受生命安全危險(xiǎn)。因此需要對(duì)大壩中存在的某些不安全因素進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以確保大壩的安全運(yùn)行，并且隨著大壩安全監(jiān)測(cè)技術(shù)的飛速發(fā)展，各類監(jiān)測(cè)儀器設(shè)備的日趨精準(zhǔn)，為大壩的安全監(jiān)測(cè)提供了新的方法和新的處理手段，保障了大壩安全運(yùn)行。

1 大壩安全監(jiān)測(cè)控制的重要性

大壩安全監(jiān)測(cè)控制一般包括兩個(gè)部分：監(jiān)測(cè)技術(shù)控制和監(jiān)測(cè)人員控制。

1.1 安全監(jiān)測(cè)技術(shù)控制

大壩安全監(jiān)測(cè)技術(shù)控制的內(nèi)容因安全監(jiān)測(cè)手段和相應(yīng)的監(jiān)測(cè)設(shè)施的不同而不同，一般來說，大壩工程的規(guī)模越大，監(jiān)測(cè)工作量就越大，需要的監(jiān)測(cè)設(shè)施也就越多，其擋水建筑物大壩所承擔(dān)的風(fēng)險(xiǎn)也就越高。因此應(yīng)盡量從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工程處理上保障大壩的安全和項(xiàng)目監(jiān)測(cè)設(shè)施的完善。同時(shí)還要不斷地維護(hù)和管理監(jiān)測(cè)設(shè)施，如對(duì)于監(jiān)測(cè)了很多年的大壩，已基本清楚效應(yīng)量的變化規(guī)律能否減少觀測(cè)次數(shù)；對(duì)于效應(yīng)監(jiān)測(cè)量非常重要，工程部分施工質(zhì)量存在問題的，相應(yīng)部位能否加強(qiáng)觀測(cè)；隨著科技的飛速發(fā)展，如何實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)信息的快速反饋，如何實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)量的自動(dòng)監(jiān)測(cè)，以實(shí)現(xiàn)大壩安全監(jiān)測(cè)更好地服務(wù)于大壩的運(yùn)行管理等。這些內(nèi)容對(duì)于發(fā)揮大壩安全監(jiān)測(cè)的作用具有重要意義，因此應(yīng)科學(xué)管理大壩安全監(jiān)測(cè)工作，探尋出一個(gè)高質(zhì)量的控制方式，以實(shí)現(xiàn)對(duì)安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的有效采集和處理，這對(duì)于確保非常時(shí)期的大壩安全尤為重要。

1.2 安全監(jiān)測(cè)人事控制

安全監(jiān)測(cè)人事控制與工程的管理體制、監(jiān)測(cè)技術(shù)的改進(jìn)有著直接的關(guān)系。如：伴隨著改革不斷深化，水利工程出現(xiàn)了私有企業(yè)的管理形式，使得大壩工程安全監(jiān)測(cè)控制更具有靈活性；一個(gè)健康的大壩使用安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)，能夠有效地提高安全監(jiān)測(cè)的質(zhì)量，節(jié)約安全監(jiān)測(cè)人員成本，反之則會(huì)加大監(jiān)測(cè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度[1]。

2 實(shí)例分析——喀臘塑克水利工程大壩安全監(jiān)測(cè)控制研究

2.1 工程概況

喀臘塑克水利工程為新疆北疆供水工程的重要水源工程之一，大壩正常蓄水位739 m，死水位680 m，水庫庫容20.45億m3，電站裝機(jī)容量140 MW，年發(fā)電量5.19億度。大壩安全監(jiān)測(cè)結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)，實(shí)行監(jiān)測(cè)及采集自動(dòng)化處理。

2.2 監(jiān)測(cè)過程中出現(xiàn)的問題

監(jiān)測(cè)過程中出現(xiàn)的問題主要有：監(jiān)測(cè)設(shè)施較多，給管理及分析帶來了難度；受施工環(huán)境的影響，壩內(nèi)埋設(shè)的應(yīng)變監(jiān)測(cè)設(shè)施存在一定問題；安全監(jiān)測(cè)工作人員的工作方式不固定，受其他因素的影響，如：爆破、施工等，測(cè)量無法按時(shí)進(jìn)行。

2.3 大壩安全監(jiān)測(cè)技術(shù)控制方式研究

2.3.1 儀器布置優(yōu)化

由于監(jiān)測(cè)系統(tǒng)關(guān)系著大壩安全，監(jiān)測(cè)儀器的布設(shè)和測(cè)量難以做到空間的連續(xù)性，這就決定了大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)布置優(yōu)化的重要性及對(duì)監(jiān)測(cè)部位的選擇，盡量將儀器設(shè)備布置在最科學(xué)合理的地方，以節(jié)約監(jiān)測(cè)經(jīng)費(fèi)及獲取有用的數(shù)據(jù)。反之則可能遺漏一些重要的先兆信息或異常跡象，甚至無法得到可靠的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，降低了監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用的功能。因此監(jiān)測(cè)儀器布置優(yōu)化應(yīng)精選監(jiān)測(cè)斷面，嚴(yán)格對(duì)斷面進(jìn)行分層（關(guān)鍵斷面、重要斷面、一般斷面）布置儀器；不要對(duì)同一部位布置多種監(jiān)測(cè)儀器，關(guān)鍵及重要部位除外；應(yīng)盡量減少中間測(cè)站的數(shù)量、監(jiān)測(cè)儀器的種類，以提高監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的緊湊性和及時(shí)維護(hù)、更新測(cè)量系統(tǒng)；綜合考慮監(jiān)測(cè)儀器的選型問題，使之符合自動(dòng)化系統(tǒng)布置的需要；提高監(jiān)測(cè)儀器的使用效率。2.3.2優(yōu)化研究成果

監(jiān)測(cè)斷面優(yōu)化大壩關(guān)鍵監(jiān)測(cè)部位有2處；提出了工程變形監(jiān)測(cè)統(tǒng)一基準(zhǔn)的建議，提出了框架網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)方案，提出了優(yōu)化壩區(qū)變形控制網(wǎng)，優(yōu)化倒垂系統(tǒng)、高程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等措施。

2.4 數(shù)字監(jiān)控的應(yīng)用

數(shù)字監(jiān)控首次實(shí)現(xiàn)了在全壩全過程三維有限元仿真分析的基礎(chǔ)上對(duì)該大壩的安全評(píng)估。即在大壩從施工到運(yùn)行的全過程中，把儀器檢測(cè)、三維有限元實(shí)時(shí)數(shù)值分析、反分析、預(yù)報(bào)分析與決策支持有機(jī)地結(jié)合起來，形成大壩數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)，從而將水利工程大壩安全監(jiān)控水平上到一個(gè)新的臺(tái)階[2]。

在大壩的設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行管理中，數(shù)字仿真和儀器觀測(cè)是兩個(gè)強(qiáng)有力的工具，但過去它們是由不同的人在不同的時(shí)間分別進(jìn)行的。它們各自具有本身的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，因此它們所發(fā)揮的作用，受到了很大限制。大壩的數(shù)字監(jiān)控是從工程開工、施工到運(yùn)行期，同時(shí)進(jìn)行數(shù)字仿真和儀器監(jiān)測(cè)，使兩者優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，發(fā)揮1+1＞2的作用，再加上反分析與決策支持系統(tǒng)，形成強(qiáng)大的大壩安全監(jiān)控系統(tǒng)。

大壩的數(shù)字監(jiān)控，在施工期間可給出當(dāng)時(shí)的溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)，并根據(jù)當(dāng)時(shí)大壩實(shí)際狀態(tài)及預(yù)定的施工計(jì)劃預(yù)報(bào)運(yùn)行期的應(yīng)力場(chǎng)和安全系數(shù)，如發(fā)現(xiàn)問題可及時(shí)采取對(duì)策，避免出現(xiàn)事故。在運(yùn)行期，可以充分反映施工過程各項(xiàng)因素的影響及儀器觀測(cè)資料，對(duì)大壩做出比較切合實(shí)際的安全評(píng)估。利用數(shù)字監(jiān)控，適當(dāng)擴(kuò)充，還可以建立數(shù)字大壩，有利于大壩的管理。在目前條件下，用一臺(tái)微機(jī)，每周上機(jī)一次，即可完成全部計(jì)算，運(yùn)用方便，所費(fèi)不多，收效顯著。數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能如圖1所示。

圖1 大壩數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能示意圖

2.5 大壩工程安全監(jiān)測(cè)人事優(yōu)化控制

對(duì)于安全監(jiān)測(cè)人員的安排遵循了以下原則：

第一，周期性的對(duì)大壩安全、數(shù)據(jù)信息進(jìn)行觀測(cè)，在特殊情況下還要進(jìn)行加測(cè)，如：洪水、地震等情況。

第二，充分考慮觀測(cè)項(xiàng)目間的聯(lián)系，對(duì)建筑物進(jìn)行全面觀測(cè)、重點(diǎn)觀測(cè)，對(duì)于有直接關(guān)聯(lián)的原因量和效應(yīng)量，做到同步觀測(cè)。

第三，不間斷的對(duì)建筑物進(jìn)行觀測(cè)，觀測(cè)的設(shè)備、方法在相當(dāng)一段時(shí)期內(nèi)較為固定。

第四，不隨意降低觀測(cè)數(shù)據(jù)的精度指標(biāo)，以確保其真實(shí)性和可靠性。

第五，對(duì)于異常的觀測(cè)資料要及時(shí)上報(bào)上層領(lǐng)導(dǎo)。

3 結(jié)語

通過文章分析可以看出水利工程中的大壩工程安全監(jiān)測(cè)控制的重要性，尤其是在大壩工程建設(shè)快速發(fā)展過程中。研究表明對(duì)水利工程中大壩安全監(jiān)測(cè)控制是大壩安監(jiān)發(fā)展的必然趨勢(shì)，這就需要我國(guó)大壩工程的研究者和工作者首先要加強(qiáng)保護(hù)和管理好全監(jiān)測(cè)設(shè)施，從而保障設(shè)施的完好率和資料的連續(xù)可靠性；其次要重視計(jì)算機(jī)在工程中的應(yīng)用，提高數(shù)據(jù)處理效率，推進(jìn)大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)自動(dòng)化建設(shè)邁入一個(gè)新的臺(tái)階；最后為了充分發(fā)揮大壩安全監(jiān)測(cè)的“耳目”作用，必須要加強(qiáng)設(shè)計(jì)、施工和管理單位自身行為，這樣才能確保大壩安全監(jiān)測(cè)工作全過程有效地控制。

[1]何玉春,謝明勇.水庫大壩安全觀測(cè)與運(yùn)行管理工程實(shí)踐[J].水利技術(shù)監(jiān)督，2009（1）：71-72.

[2]楊杰.大壩安全監(jiān)控中若干不確定性問題的分析方法與應(yīng)用研究[D].河海大學(xué)，2006：5-19.